{"id":159827,"date":"2025-03-17T07:05:00","date_gmt":"2025-03-17T06:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=159827"},"modified":"2025-03-12T14:49:05","modified_gmt":"2025-03-12T13:49:05","slug":"mehrwert-ohne-abfall-atb-forscher-konzipieren-neuartige-bioraffinerie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mehrwert-ohne-abfall-atb-forscher-konzipieren-neuartige-bioraffinerie\/","title":{"rendered":"Mehrwert ohne Abfall – ATB-Forscher konzipieren neuartige Bioraffinerie"},"content":{"rendered":"\n\n
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\u00dcberblick \u00fcber das Konzept der intelligenten, integrierten Bioraffinerie \u00a9 Marzban et al., 2025, Biofuel Research Journal)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Was bedeutet eine Wirtschaft ohne fossile Rohstoffe wie \u00d6l und Gas? Die logische Antwort ist, dass wir Wertsch\u00f6pfung nahezu ausschlie\u00dflich mit nachwachsenden Ressourcen schaffen m\u00fcssen. Diese sogenannte Bio\u00f6konomie stellt uns lokal bis weltweit vor gro\u00dfe Herausforderungen. Forschende des Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik und Bio\u00f6konomie aus Potsdam ver\u00f6ffentlichten k\u00fcrzlich ein Konzeptpapier im Biofuel Research Journal<\/em><\/a>, das g\u00e4ngige Modelle der Bio\u00f6konomie zu einem umfassenden Konzept vereint. Sie beschreiben darin, wie eine zirkul\u00e4re und nachhaltige Bio\u00f6konomie innerhalb der planetaren Grenzen aussehen k\u00f6nnte. Ein wesentlicher Teil dieser Vision sind smarte, integrierte Bioraffinerien.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Biomasse, also gewachsene, biologische Rohstoffe, sind ein gro\u00dfer Schatz. Wir essen, verf\u00fcttern,  verheizen oder verbauen sie. Was \u00fcbrig bleibt wird herk\u00f6mmlicherweise kompostiert, deponiert oder verbrannt. Dabei schlummert in jedem ungenutzten Rest immer noch Potenzial. Ein Weg, um dieses Potenzial zu nutzen, sind intelligente, integrierte Bioraffinerien. Anders als die g\u00e4ngigen Bioraffinerien, in denen beispielsweise Chemiekonzerne aus einem speziellen biologischen Ausgangsstoff eine spezielle Biochemikalie gewinnen, kombinieren sie mehrere Umwandlungsverfahren.<\/p>\n\n\n\n

Das Potenzial intelligenter Bioraffinerien ist immens<\/h3>\n\n\n\n

Dr. Nader Marzban<\/a> <\/strong>ist Forscher am Leibniz-Institut f\u00fcr Agrartechnik und Bio\u00f6konomie (ATB) und Erstautor der Konzeptarbeit \u201cSmart Integrated Biorefineries in Bioeconomy: A Concept Toward Zero-Waste, Emission Reduction, and Self-Sufficient Energy Production<\/a>\u201d. <\/p>\n\n\n

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Dr. Nader Marzban \u00a9 ATB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n
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Er<\/strong> beschreibt das so: “Es gibt viele Umwandlungstechnologien, die aus Biomasse Wertstoffe generieren. Dazu z\u00e4hlen unter anderem mikrobielle Fermentation, wie die anaerobe Verg\u00e4rung, und Pyrolyse. Bei der anaeroben Verg\u00e4rung wird zum Beispiel Biogas erzeugt, wobei der verbleibende G\u00e4rrest noch wertvolle organische Verbindungen enth\u00e4lt. Anstatt ihn, wie herk\u00f6mmlich, als D\u00fcnger zu verwenden, k\u00f6nnen wir diesen G\u00e4rrest durch hydrothermale Humifizierung in k\u00fcnstliche Huminstoffe umwandeln. In den Boden eingebracht stabilisieren sie die bakterielle Vielfalt und verbessern die Bodengesundheit. Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die Verbindung der anaeroben Verg\u00e4rung mit der Pyrolyse, also der Verkohlung. Hierbei fungiert Biokohle als Katalysator und steigert die Effizienz der Biogaserzeugung. Gleichzeitig wird die Biokohle mit N\u00e4hrstoffen angereichert. Im Boden kann sie so N\u00e4hrstoffe lange verf\u00fcgbar halten und \u2013 je nach Prozessbedingungen \u2013 Kohlenstoff f\u00fcr mehr als ein Jahrhundert speichern.<\/p>\n\n\n\n

Ein weiteres Beispiel ist die Fermentation. Gibt man Biokohle hinzu, werden Fermentationshemmstoffe abgebaut, was den Ethanol- und Milchs\u00e4ureertrag deutlich erh\u00f6ht. Au\u00dferdem k\u00f6nnen die bei der Pyrolyse erzeugte Biow\u00e4rme und Elektrizit\u00e4t f\u00fcr die Fermentation genutzt werden, was die Abh\u00e4ngigkeit von externen Energiequellen verringert. CO\u2082-Emissionen aus der Pyrolyse k\u00f6nnen aufgefangen und f\u00fcr die Kultivierung von Algen verwendet werden, welche wiederum als alternative Proteinquelle dienen.”<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Das Potenzial intelligenter Bioraffinerien ist immens, aber auch die Anzahl der m\u00f6glichen Optimierungen. Industrielle Prozesse wie anaerobe Verg\u00e4rung, Fermentation, Pyrolyse, Karbonisierung und Humifizierung haben jeweils einstellbare Parameter und k\u00f6nnen auf vielf\u00e4ltige Weise kombiniert werden. Anstatt sich auf eine einzige Biomasseart zu verlassen, arbeiten die Forschenden mit 90 verschiedenen Rohstoffen, die regional und saisonal variieren. Durch die Festlegung von Schl\u00fcsselzielen und einstellbaren Parametern f\u00fcr jeden Prozess ergeben sich Millionen potenzieller Szenarien.<\/p>\n\n\n\n

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Dr. Marzban<\/strong> gibt zu bedenken: “All diese Szenarien experimentell zu untersuchen, w\u00e4re extrem kostspielig und zeitintensiv. Dabei ist Zeit ein Luxus, den wir nicht haben. Unsere Wirtschaft ist nach wie vor stark von fossilen Rohstoffen abh\u00e4ngig. Die negativen Auswirkungen sehen wir bereits. Deshalb setzen wir auf KI-gesteuerte Simulationen, um die die effizientesten Ans\u00e4tze zu identifizieren. Als Prozesswissenschaftler gehen wir dabei Schritt f\u00fcr Schritt vor und optimieren zun\u00e4chst Teilsysteme, die wir nach und nach in Verbindung setzen, um sie zu einem gro\u00dfen Ganzen zu kombinieren.” <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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\"Arbeit
Arbeit an einem Bioreaktor \u00a9 Gutjahr\/ATB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Eine nachhaltige Bio\u00f6konomie ohne Abfall und innerhalb der planetaren Grenzen<\/h3>\n\n\n\n

Weltweites Industriewissen und umfangreiche Forschungsergebnisse \u2013  auch aus dem ATB \u2013 bieten eine reiche Datengrundlage f\u00fcr die Weiterentwicklung bisheriger Biomasse-Umwandlungsverfahren. Schl\u00fcsseltechnologien sind dabei Sensorik, die direkt in den Prozessen misst und hilft ein besseres Verst\u00e4ndnis f\u00fcr Produkt-Prozess Interaktionen zu erlangen, sowie K\u00fcnstliche Intelligenz, digitale Zwillinge und fortschrittliche Modellierungstechniken. Durch die Nutzung von Daten, Verarbeitungskapazit\u00e4ten und Algorithmen k\u00f6nnen intelligente, integrierte Bioraffinerien entwickelt werden, die anpassungsf\u00e4hig und skalierbar sind und Tausende, wenn nicht gar Millionen von Szenarien verarbeiten k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

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Prof. Dr. Barbara Sturm<\/strong><\/a>, wissenschaftliche Direktorin des ATB und hauptverantwortliche Autorin des Papers<\/strong> erkl\u00e4rt: “Die smarten, integrierten Bioraffinerien k\u00f6nnen mithilfe von Netzwerken und Dialogen zwischen verschiedenen, modellierten Systemen entwickelt und anschlie\u00dfend in der Realit\u00e4t validiert werden. Dieser Validierungsprozess erm\u00f6glicht die Identifizierung von L\u00fccken und die Aufdeckung verborgener M\u00f6glichkeiten, die entweder durch die Wiederverwendung bestehender Technologien und Systeme oder durch die Einf\u00fchrung innovativer L\u00f6sungen wie k\u00fcnstlicher Huminstoffe angegangen werden k\u00f6nnen. Bei diesem systemischen Ansatz sucht jede Bioraffineriekomponente aktiv nach Verbindungen mit anderen und bildet gr\u00f6\u00dfere, integrierte Netzwerke. Das System w\u00fcrde laufend die n\u00e4chsten Schritte simulieren, um den besten Weg zu finden, die festgelegten Ziele zu erreichen. Dies wird die Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft in bio\u00f6konomischen Modellen verbessern, Arbeitspl\u00e4tze schaffen und die politischen Entscheidungstr\u00e4ger unterst\u00fctzen. Unsere Vision ist es, durch diese systemische Integration zu einer widerstandsf\u00e4higeren, effizienteren und zukunftssicheren biobasierten Wirtschaft zu gelangen.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Der integrierte Ansatz k\u00f6nnte es uns erm\u00f6glichen, eine tats\u00e4chlich nachhaltige Bio\u00f6konomie zu schaffen, die Abfall nicht kennt und innerhalb der planetaren Grenzen bleibt. Er erh\u00f6ht die Rentabilit\u00e4t und Konkurrenzf\u00e4higkeit, was angesichts der niedrigeren Kosten von fossilen Produkten dringend n\u00f6tig ist. Trotzdem sind staatliche Unterst\u00fctzung und politische Interventionen von entscheidender Bedeutung, um den \u00dcbergang zu gr\u00fcnen Technologien zu erleichtern und zu beschleunigen. Langfristig werden intelligente, integrierte Bioraffinerien zweifellos rentabler sein als Systeme, die sich auf nur einen einzigen Prozess konzentrieren. Zudem werden sie notwendige Rohstoffimporte reduzieren und dadurch die Resilienz unserer wirtschaftlichen Systeme erh\u00f6hen.<\/p>\n\n\n

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Pilotanlage Biochemikalien des ATB in Potsdam \u00a9 Gutjahr\/ATB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Zeit f\u00fcr die Umsetzung<\/h3>\n\n\n\n

Mit dem Konzeptpapier ist das ATB-Team gemeinsam mit Partnern aus der Universit\u00e4t Potsdam und der Technischen Universit\u00e4t Berlin den ersten Schritt gegangen. Nun sollen Validierung und Umsetzung folgen. Das ATB beginnt bereits in diesem M\u00e4rz mit dem Bau einer Bioraffinerie zu Forschungszwecken im brandenburgischen Gro\u00df Kreutz. Diese wird die bestehenden Technika und Pilotanlagen am Standort Potsdam und das Fieldlab f\u00fcr digitale Landwirtschaft in Marquardt<\/a> erg\u00e4nzen. Im Rahmen des Leibniz-Innovationshofes f\u00fcr Nachhaltige Bio\u00f6konomie (InnoHof\u00ae)<\/a> entsteht so eine Anlage, die Forschung und Praxis nicht nur co-kreativ zusammenbringt, sondern auch die Machbarkeit solcher Konzepte demonstrieren soll.<\/p>\n\n\n\n

Des Weiteren befindet sich das ATB im Prozess der Beantragung einer Institutserweiterung, um solche systemischen Ans\u00e4tze noch konsequenter in seine Forschung zu integrieren. In gemeinsamer Berufung mit der Universit\u00e4t Osnabr\u00fcck besetzt das ATB gegenw\u00e4rtig eine Professur f\u00fcr Systemwissenschaft in der Bio\u00f6konomie. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Prof. Sturm<\/strong> unterstreicht: “Wir m\u00fcssen systemische, technische, soziale und \u00f6konomische Innovationen zusammendenken. Nur wenn wir ein System als Ganzes begreifen, sind wir in der Lage, Teilsysteme so zu optimieren, dass sie der Nachhaltigkeit effektiv dienen. Mit unserem Konzept werden wir die interdisziplin\u00e4re Bio\u00f6konomie-Forschung mit politischen Entscheidungstr\u00e4gern, Branchenf\u00fchrern und dem Lebensmittel- und Ern\u00e4hrungssektor weiter intensivieren, mit dem Ziel die Resilienz unseres Wirtschaftssystems zu steigern, unser Wirtschaften nachhaltiger zu gestalten und die technologische Souver\u00e4nit\u00e4t Deutschlands und Europas zu unterst\u00fctzen.”<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Original Ver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

Marzban N., Psarianos M., Herrmann C., Schulz-Nielsen L., Olszewska-Widdrat A., Arefi A., Pecenka R., Grundmann P., Schl\u00fcter O.K., Hoffmann T., Rotter V.S., Nikoloski Z., Sturm B.; Smart integrated biorefineries in bioeconomy: A concept toward zero-waste, emission reduction, and self-sufficient energy production. Biofuel Research Journal 45 (2025) 2319-2349<\/em>. DOI: 10.18331\/BRJ2025.12.1.4\u00a0<\/a><\/p>\n\n\n\n

Kontakt<\/h3>\n\n\n\n

Dr. Nader Marzban<\/a>
Wissenschaftler, Thermochemische Konversion, ATB
Telefon: +49 331 5699-339
E-Mail:\u00a0nmarzban@atb-potsdam.de<\/a><\/a>\u00a0<\/p>\n\n\n\n

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Weitere Quellen<\/h3>\n\n\n\n